DE1806189A1 - Kernreaktor - Google Patents

Kernreaktor

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DE1806189A1
DE1806189A1 DE19681806189 DE1806189A DE1806189A1 DE 1806189 A1 DE1806189 A1 DE 1806189A1 DE 19681806189 DE19681806189 DE 19681806189 DE 1806189 A DE1806189 A DE 1806189A DE 1806189 A1 DE1806189 A1 DE 1806189A1
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DE
Germany
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nuclear reactor
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tubes
reactor according
pressure vessel
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Pending
Application number
DE19681806189
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English (en)
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Coles Harold John
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Atomic Power Constructions Ltd
Original Assignee
Atomic Power Constructions Ltd
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Publication date
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Pending legal-status Critical Current

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    • GPHYSICS
    • G21NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
    • G21CNUCLEAR REACTORS
    • G21C1/00Reactor types
    • G21C1/32Integral reactors, i.e. reactors wherein parts functionally associated with the reactor but not essential to the reaction, e.g. heat exchangers, are disposed inside the enclosure with the core
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28DHEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D7/00Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall
    • F28D7/10Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits being arranged one within the other, e.g. concentrically
    • F28D7/103Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits being arranged one within the other, e.g. concentrically consisting of more than two coaxial conduits or modules of more than two coaxial conduits
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28DHEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D21/00Heat-exchange apparatus not covered by any of the groups F28D1/00 - F28D20/00
    • F28D2021/0019Other heat exchangers for particular applications; Heat exchange systems not otherwise provided for
    • F28D2021/0054Other heat exchangers for particular applications; Heat exchange systems not otherwise provided for for nuclear applications
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    • Y02E30/30Nuclear fission reactors

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Description

  • l e s c h r e i b u n g " r; e r n r e a k t o r Die Erfindung betrifft einen Kernreaktor und insbesondere die einen Teil des Kernreaktors bildenden @ärmetauscher; die @rfindung ist insbesondere für Kernreaktoren in Betondruckkesseln bestimmt.
  • Ein Problem , das bei der Verwendung von F.ernreaktoren auftritt, bei denen die Wärmetauscher ein integraler Bestandteil des Reaktors sind, ist dadurch gegeben, daß die Wärmetauscher gewöhnlich eine realtiv höhere Fehlerwahrscheinlichkeit besitzen im Vergleich mit der Masse der innerer. Reaktorkomponenten. Von den verschiedenen Sektionen eines typiscl:en Dampfkesselsystems, z.B. dem Durchlaufkessel und dem Überhitzer, dem Wiederheizabschnitt und dem Kleinkessel ist es gewöhnlich der Wiedererhitzerabschnitt des Kessels, der mit der größten Wahrscheinlichkeit im Betrieb ausfällt.
  • @emä@ der Erfindung wird ein Ker@reaktor vorgeschlagen mit einem Betondruckkessel, in dem mindestens eine Wärmetauschereinheit untergebracht ist, der dadurch gekennzeichnet ist, da@ jede Wärmetauschereinheit in einen Gehäuse enthalten ist und jeweils einen entfernbaren Wledererhitzerabschnittt aufweist, der teilwelse innernals des Gehäuses und tellweise innerhalb einer Öffnung unter @ebracht ist, die sich durch die Wandung des et#on@ruckkessels erstreckt.
  • Dem @mäß kann slen in Abwelchung von den übri@en fel@lonen @es kessels der Wie@ererjotzerabschnitt relativ leicht @as dem Druchkessel chtf@rn@@ lassen.
  • @in Ausführun, steis@i@@ f@r den @rfinnungsgegenstand soll unter Bezu@n@@@e auf @le bei @@@ ten @eich@ungen @@@er erläutert wer@@@@: Fig. 1A und 1@, zus@@@@@@@f@gt, sie in Fig. 1 angegebe.., @@@gen @@@en Längsschnitt durch eine Ausführung@for@ Fig. 2 ist ein @e. nitt nach @inie II-II der Fig. 3, Fig. 3 zeigt den drä@er fär das Wiederernitzerrohrende, und Fig. 4 zeigt einen Schnitt nach Linie IV-IV in Fig. 2.
  • Die Erfindung befaßt sich insbesondere mit gasgekühlten graphitmoderierten Kernreaktoren, wie sie in der britischen Patentanmeldung 41675/68 beschrieten sind.
  • In der Zeichnung ist die äußere Peripherie der Seitenabschirmung 1 des @ernreaktor-Cores gezeigt und im Abstand von dieser die Seitenwandung 2 des Letondruckkessels mit einer Isolationsschicht 3 und einer Kembran-auskleidung 4. In dem Ringraum zwischen der Core-@citenabschirmung 1 und der @embranauskleidung 4 befindet sich eine @enrzahl von Kesseleinheiten 5.
  • Diesen sind Gasumwälzeinrichtungen zugeordnet für die Umwälzung des gasförmigen Kühlmittels zwischen dem Reaktor-Core und den Kesseleinheiten.
  • Typischerweise umfaßt jede Kesseleinheit einen Hauptdurchlaufkesselabschnitt für die Zuführung von Dampf zu einer dem Reaktor zugeordneten Dampfturbine und einen Wiedererhitzer, dem Dampf von einer Zwischenpunkt der Dampfturbine im Rücklauf zum Reaktor zugeführt wird für die weitere Lrhitzung, bevor der Dampf durch die verbleibenden Turbinenabschnitte expandiert wird.
  • Jede Kesseleinheit ist in einem Kesselgehäuse @ untergebracht, und der Wiedererhitzen 7, der als Wärmetauscher ausgebildet ist, ist horizontal im oberen Teil des Gehäuses 6 angeordnet. Der Wi@dererhitzen 7 befindet sich in einem Gehäuse 8, das sich vollständig äber die Oberseite des Kesselgehäuses 6 erstreckt und in eine Öffnung 9, die sich durch die Seitenwandung 2 des Betondruckkessels erstreckt 5 ist festzuhalten, daß dic @embranauskleidung 4 sich durch das Loch 9 bis zu einem. Punkt jenseits der äußeren Peripherie der Lruckkesselseitenwanaung 2 erstreckt Das erhitzte Kühlmittel tritt aus uem Reaktor-Core durch einen Auslaß 10 aus und strömt für den Wärmeaustausch über die Rohre 11 des Widdererhitzers 7. Das Kühlmittel tritt aus dem Wiedererhitzergehäuse 8 durch Auslaßöffnungen lla aus und strömt von dort nach unten durch die Hauptwärmetauschereinheit =.
  • Zwar sind die Auslaßöffnungen lla bei uem dargestellten Ausführungsb-eispiel innerhalb des vom Kesselgehäuse 6 umschlossenen Raumes angeordnet, doch ist festzuhalten, daß erforderlichenfalls die Kühlmittelauslaßöffnungen 11 an einen Punkt des Wiedererhitzergehäuses 8 verlegt werden können, der innerhalb der öffnung 9 in der Seitenwandung des retondruckkessels 2 liegt. In diesem Fall würde das aus den Auslaßöffnungen 11a austretende KUhlmittel in das Hauptkesselgehäuse 6 über einen Ringraum 12 zurückfließen, der sich zwischen dem Wiedererhitzergehäuse 8 und der Druckkesselisolation 3 befindet, die sich bis in die Öffnung 9 erstreckt; das Kühlmittel würde dann in das Hauptkesselgehäuse 6 durch den Ringraum 13 eintreten. bei dem, dargestellten Ausführungsbeispiel ist ersichtlich keine Kühlmitteldichtung am Auslaß 10 vorgesehen und ebensowenig am Ringraum 13, der Grund dafür ist, daß das Kühlmittel vom Boden der Einheiten 5 zu den Gasumwälzeinrichtungen geführt wird. Falls keine solche Führung vorgesehen ist, können entsprechende Abdichtungen in dem mit der. Wiedererhitzer 7 verbundenen Gaskreislauf erforderlich sein, Bezüglich der Einzelheiten der Konstruktion des als Wärmetauscher ausgebildeten Wiedererhitzers 7 ist zu bemerken, daß diese auf einem Doppelwandungsrohrsystem basiert. Eine Serie von Rohren 14 erstreckt sici von einem Dampfeinlaßkopf 15 durch essen Lndwandung 15a und von dort längs des Wiedererhitzers. Jedes Rohr 14 enthält in räumlichem Abstand ein inneres Dampfauslaßrohr 16, die alle durch die Endwandung 17a eines Dampfauslaßkopfes 17 ragen. Man erkennt in Fig. 4, daß die inneren Rohre 16 äußere Stützrippen 16a auftçeisen, welche die inneren Rohre 16 von den äußeren Rohren 14 im Atstand halten und realtive Bewegungen der Rohre in radialer Richtung unterbinden.
  • Alternativ könnten aucii die äußeren Rohre 14 mit nach innen ragenden Abstandsrippen versehen sein.
  • Jedes zusammengesetzte Wiedererhitzer-Wärmetauscherrohr wird an seinem äußersten Ende durch Anschweißen des Rohres in der Endwandung des zugeordneten Kopfes befestigt.
  • Die Rohre werden an ihrem innersten Ende (d.h. nahe dem Auslaß 10) mittels einer Gitterstruktur 21 gehalten, die in Fig. 3 gezeigt ist. Die lenden der Rohre 14 sina so geformt, daß sie in von der Gitterstruktur getragenen Lagern ruhen.
  • Der Einlaßkopf 15 ist ein geschlossenes Gefäß mit einer Dampfeinlaßöffnung 15b und einer äußeren Schürze 15c, die bei 20 mit der Membranauskleidung 4 verschweißt ist; wie oben erwähnt, erstreckt sich die Membranauskleidung 4 durch die Ütfnung 9 bis zu einem Punkt Jenseits der äußeren Peripherie des Betondruckkessels. Der @inlaßkopf 15 weist ferner einen Halsabschnitt 15b auf, in dem die Auslaßöffnung 17b des Auslaßkopfes 17 befestigt ist, der, wie man Fig. 1A entnimmt, in dem Linlaßkopf 15 enthalten ist.
  • Die Isolation 3, welche das Innere des Druckkessels auskleidet, kleidet die Öffnung 9 nicht vollständig aus, sondern endet innerhalb der Öffnung und wird durch die Isolation 18 fortgesetzt. Eine Külse 19 aus Isolationsmaterial deckt denjenigen Teil des @inlaßkopfes 15 ab, der sich von der Seitenwandung 2 des @etondruckkessels weg erstreckt.
  • @a es sich bei den Teilen 18 und 19 um relativ weiches thermisches Isolationsmaterial handelt, nämlich Mineralfasern vom Asbesttyp, ergibt sich, daß die einzige für das Entnehmen der gesamten Wiedererhitzereinheit zu unterbrechende Verbindung die Schweißung 20 ist. Demgemäß wird für das Kerausnehmen der Wiedererhitzereinheit die Isolation 19 entfernt,und die Schweißverbindung 20 zwischen der Membranauskleidung 4 und dem Fortsatz des Linlaßkopfes 15 wird aufgeschnitten. Alternativ könnte anstelle der Schweißung 20 auch eine Schraubflanschverbindung angewandt werden; eine solche Verbindung muß offensichtlich eine erhebliche Festigkeit aufweisen, da sie die einzige Stelle ist, an der die inhärenten Kräfte infolge der Druckdifferenz zwischen dem Reaktorkühlmitteldruck und dem Atmosphärendruck aufgenommen werden.
  • Eine weitere Alternative ergibt sich bei Verlängerung der Wiedererhitzerrohre , die direkt dem Kühlmittel fluß ausgesetzt sind. Demnach kann senkrecht zu den Rohren eine Drosselplatte befestigt werden etwa in der @itte der Auslaßöffnungen lla, so daP sich eine parallele Gasstromung ergibt, bei der ein Teil des Kühlmittels direkt durch die Auslaßöffnungen 11a austritt unc' ein weiterer Teil durch eine Mittelöffnung der Drossel- um im Wärmeaustausch mit der inneren Zone der Wiedererhitzerrohre zu einem Funkt nahe der Endplatte 15a des Einlaßkopfes 15 zu strömen, an welchem Punkt die Strömung umkehrt zu den Auslaßöffnungen 11a unter Wärmeübertragung auf die äußere Zone des Wiedererhitzers.
  • Dieser @ffekt kann einfach durch Ausnutzung des Gasströmungsmomentes bewirkt werden, um einen Strahl von der durchbrochenen
    pLettc
    Drosselklane
    auszubilden, dessen Strömung sici; bis zur Enaplatte 15a des Einlaßkopfes erstreckt. Dieser Effekt kann weiter verstärkt werden durch Anordnung einer zylindrischen Drossel auf der stromabwärts liegenden Seite der
    pt"'L
    Drossel
    rund um deren Öffnung, um zu verhindern, daß die Umkehr der Casströmung in den äußeren Pfad vorzeitig erfolgt.
  • Bei anderen Reaktorgrundrissen, beispielsweise vom "Telefonwählscheibentyp", kann es vorteilhaft sein, wenn der als Wärmetauscher ausgebildete Wiedererhitzer vertikal angeordnet wird z.B. in der Deckwandung des Betondruckkessels.
  • Die Erfindung ist auc;: anwendbar auf das sogenannte "Kleinkesselkonzept", beschrieben in den britischen Patentanmeldungen 37418/67 und 54668/67, gleichgültig, ob solche Kleinkessel mit einer Luftabsckeiderwärmeversorgung verbunden sind oder nicht, wie in der britischen Patentanmeldung 41687/68 beschrieben. Der Kesselaufbau wäre grundsätzlich derselbe, wie hier beschrieben, doch ergEben sich wahrscheinlich geringfügig unterschiedliche Anordnungen für die Eewirkung der Gasströmung durch den Kessel.
  • Patentansprüche :

Claims (7)

  1. P a t e n t a n s p r a c h e 1) Kernreaktor mit einem Betondruckkessel, in dem mindestens eine Wärmetauschereinheit untergebracht ist, dadurch gekennseichnet, daß Jede Wärmetauschereinheit in einem Gehäuse enthalten ist una Jeweils einen entfernbaren Wiedererhitzerabschnitt aufweist, der teilweise innerhalb des Gehäuses und teilweise innerhalb einer Öffnung untergebracht ist, die sich durch die Wandung des Betondruckkessels erstreckt.
  2. 2) Kernreaktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Wiedererhitzerabschnitt eine Mehrzahl von paarweise koaxialen Rohren umfaßt für die Stromung des zu erhitzenden Dampfes in ent##gegengesetzten Richtungen langes des inneren Rohres Jedes Paares und längs des Ringraumes zwischen den Rohren eines Paares.
  3. 3) Kernreaktor nach Anspruch 2> dadurch gekennzeichnet, daß das äußere Rohr Jedes Paares an einem Ende geschlossen und am anderen Ende offen ist, daß das innere Rohr Jedes Paares an beiden Enden offen ist und daß das innere Rohr mit dem Ringraum,in der Nähe des geschlossenen Endes kommunlziert.
  4. Kernreaktor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Dampfströmung längs des Ringraumes in einer Richtung erfolgt entgegengesetzt der des über die äußeren Rohre Jedes Paares umgewälzten gasförmigen Kühlmittels.
  5. 5) Kernreaktor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die geschlossenen Enden der äußeren Rohre an einer Tragstruktur befestigt sind, daß ihre offenen Enden mit einem sie abstützenden Einla5Ropf kommunizieren und daß die inneren Rohre sich über die offenen Enden der äußeren Rohre hinaus erstrecken und mit einem sie abstützenden Auslaßkopf kommunizieren.
  6. 6) Kernreaktor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß Jedes innere Rohr eines Paares äußere Rippen für die Abstützung innerhalb des äußeren Rohres des entsprechenden Paares aufweist.
  7. 7) Kernreaktor nach. Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Einlaßkopf an einem Punkt außerhalb des Betondruckkessels mit dessen Membranauskleidung abdichtend verbunden ist.
DE19681806189 1968-08-30 1968-10-31 Kernreaktor Pending DE1806189A1 (de)

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BE723299A (de) 1969-04-01

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